탄소나노튜브 김 기 용

탄소나노튜브의 정의 탄소로 이루어진 탄소동소체로서 하나의 탄소가 다른 탄소원자와 육각형 벌집무늬로 결합되어 튜브형태를 이루고 있는 물질

탄소나노튜브의 구조

탄소나노튜브의 특성 전기적 성질 – 전기 전도도가 구리와 비슷함 – 구조에 따라 도체 또는 반도체의 특성을 보임 열적 성질 – 열전도율은 자연계에서 가장 뛰어난 다이아몬드와 같음 – 고온에서도 잘 견딤 기계적 성질 – 철강보다 10~100 배정도 뛰어남 – 탄소섬유는 1% 만 변형시켜도 끊어지는 반면 탄소나노튜브는 15% 까지 변형가능 즉 탄성이 존재함 화학적 성질 – 다른 화합물과 잘 반응하지 않으며 매우 안정적임

탄소나노튜브의 제조방법 1. 전기방전법 (arc-discharge) 2. 레이저증착법 (Laser vaporization) 3. 플라즈마 화학기상증착법 (Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition) 4. 열 화학기상증착법 (Thermal Chemical Vapor Deposition) 5. 기상합성법 (Vapor Phase Growth) 6. 전기분해법 7.Flame 합성법

CNT 의 응용 및 응용가능성 21C 꿈의 신소재로서 거의 모든 학문 분야에서 응용범위를 넓혀가고 있는 추세 응용범위 – 일만배 더 기억용량이 큰 반도체를 만들 수 있는 소재 – 현재의 전자제품 크기를 1/3 정도로 줄일 수 있는 소재 – 소형 이동용 전지의 사용시간을 획기적으로 연장시킬 수 있는 소재 – 저전압으로 전자방출 전류를 현재보다 10~100 배 이상의 높은 수준으로 끌어올릴 수 있는 소재 – 자동차, 항공기 등의 구조재 강도를 획기적으로 향상시킬 수 있는 고기능 복합체 소재 – 기타 Nanotechnology 를 위한 소재

CNT 의 응용 및 응용가능성

Emitter 란 ? –CNT 를 이용한 냉음극 전자방출원 – 일정한 세기의 전계가 인가되면 CNT 에서 터널링에 의한 전자방출이 일어나는 형태 – 탄소파티클, 촉매금속이 붙는 문제를 조기 해결하여 CNT 의 전자방출 특성 및 안전성 저하를 방지하게 될 경우 Emitter 의 적용확대가 예상 –CNT 를 이용한 Emitter 제품의 특징 - 전기적 특성 우수 - 고전도성 - 고효율 및 저소비전력 - 예리한 tip 에 의한 고화질 응용범위 –FED(Field Emission Display), VFD(Vacuum Fluorescent Display), 형광램프, 백색광원, Back-light, CRT 등

CNT 의 응용 및 응용가능성 Capacitor 란 ? – 전도성 고체전극과 전해질 사이의 계면에서 극성을 가진 액체상의 이온상태로서 에너지를 저장하며 CNT 를 이용할 경우 우수한 성능을 지님 – 경제성 및 고출력, 고에너지 밀도를 가진 EDLC 기술이 완료될 경우 Capacitor 의 적용확대가 예상됨 –CNT 를 이용한 Capacitor 제품의 특징 - 빠른 충방전 속도 - 무제한의 충방전 사이클 - 고전류 방전시스템 - 넓은 작동범위 (-25~70 ℃ ) 응용범위 – 셀폰, 메모리 백업장치, Hybrid 전기자동차, 의료기기분야, 자동차보조시스템

CNT 의 응용 및 응용가능성 나노복합체란 ? – 기지재 ( 고분자, 금속, 세라믹 ) 속에 CNT 를 첨가함으로써 기계적, 화학적, 물리적 특성을 크게 향상시킨 재료 – 기지재와 CNT 의 안정적인 결합기술을 확보할 경우 복합재료의 적용확대가 예상 –CNT 를 이용한 복합재료의 특징 - 기계적 특성이 매우 우수함 - 화학적 안정성이 뛰어남 응용범위 –Automobile: Engine blocks, Piston rods, Frames 셀폰, 메모리 백업장치, Hybride 전기자동차, 의료기기분야, 자동차보조시스템 등 –Aircraft: Frames, Floor beams, Fan and compressor, Turbine blades –Aerospace: Engines blocks, Piston rods, Frames – 기 타 : 의학분야, 운동장비, 선박, 건축 등

CNT 의 응용 및 응용가능성 2 차 전지전극 리튬 2 차전지란 ? – 종이처럼 얇고 충방전이 가능하고 휠 수도 있어 활용범위가 다양한 차세대 전지 –CNT 소재를 이용한 음극전극제조기술을 확보할 경우 경제성과 우수한 성능의 구현이 가능 –CNT 를 이용한 2 차전지전극의 특징 - 고에너지밀도, 고에너지효율 - 우수한 보존성, 고수명 - 소형 및 경량화가 가능 - 탄성을 지닌 얇은 막의 형태로 가능하며 다양한 기기에응용 - 다양한 용도에 맞도록 출력전압을 조절할 수 있음 응용범위 – 현재의 2 차전지보다 무게 현저히 낮추고 충전효율 크게 높일 수 있음 – 자동차 배터리, 충전용 건전지, 노트북 컴퓨터 등의 소형 이동용 전자제품에 응용효과가 큼

CNT 의 응용 및 응용가능성 탄소반도체 – 현재의 실리콘 소자를 대체하여 Tera 급의 메모리 소자를 만들 수 있을 것으로 예상 탄소반도체의 장점 – 첫째 반도체 소자 제작공정에서 하나의 중요한 과정이 줄어들어 유리해짐 – 둘째 기억소자의 집적도가 대략 테라 DRAM 에 이르게 됨

CNT 의 응용 및 응용가능성 – 셋째 실리콘보다 휠씬 더 강함 전자회로 외에도 초강력섬유나 열, 마찰에 잘 견디는 표면재료로도 쓸 수 있음 열전도도가 실리콘보다 휠씬 높아 열을 잘 방출하므로 반도체소자가 작동하면서 뜨거워지는 문제가 쉽게 해결됨 – 넷째 탄소는 화학적으로 성질이 이미 많이 연구되어 있으므로 폴리머 ( 합성수지 등 고분자화합물 ) 를 만드는 기술 등 이미 고도로 발전된 노하우를 이용하여 새로운 방면에 응용이 가능 실리콘에서는 어려웠던 생물체와의 직접적인 정보교환 ( 일종의 interface) 도 용이해질 것으로 기대됨